【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于轨道交通减振降噪，具体涉及一种随机失谐型轨道减振系统及其设计方法。
技术介绍
1、随着城市轨道交通的快速发展，列车通过速度增大，对环境振动噪声影响愈发显著，城市轨道交通轨道减振降噪需求突出。目前的轨道减振措施以隔振和动力吸振为主。隔振措施如减振扣件、浮置板道床等，通过在轨道结构层间插入弹性层以减少振动向外界的传递，但同时又会增大轨道结构的振动，如减振扣件放大钢轨振动，浮置板道床放大道床结构振动。动力吸振措施如钢轨动力吸振器、轨道板动力吸振器等，动力吸振器可将轨道结构振动能量转移至附加装置，但通常吸振器工作频率单一，减振频带较窄，随着服役时间延长，弹性层性能发生劣化，减振效果降低。因此，需要提出一种能够实现轨道结构宽频减振的措施，实现环境振动控制的同时降低轨道结构振动。
2、为了增加减振措施的减振效果，在既有减振扣件、钢弹簧/减振垫浮置板、钢轨吸振器以及浮置板吸振器的基础上，相关研究人员和技术人员开展了广泛的优化设计。主要体现在以下方面：
3、频率可调钢轨动力吸振器：现有技术中，通过预先设计吸振器的质量或刚度，产生和钢轨的振动频率相适应的谐振频率，将轮轨主振系统的振动能量转移并耗散掉。但列车运行过程中，车轮对钢轨的激励为不断变化的宽频激励，如钢轨打磨或轨道改造均会引起轮轨激励频率的改变。目前已有的钢轨调谐吸振器安装后往往不能实现二次调频，且存在现场更换操作繁琐复杂，钢轨降噪效果有限的问题。
4、中国专利cn114411456a公开了一种质量可调型钢轨吸振器，通过更换特定质量的调节件
5、中国专利cn211009410u公开了一种安装调频式钢轨减振器的卡夹，方便动力吸振器的拆装。
6、中国专利cn117847130a公开了一种频率和质量可调的动力吸振器，通过在吸振器中压缩橡胶层实现刚度调节，选装不同质量的质量块获得不同的吸振频率。
7、中国专利cn116516736a公开了一种可调式钢轨吸振器，通过调整配重块数量，改变吸振器工作频率。
8、多频率吸振器结构：为实现较宽频率范围的振动控制，既有的吸振器结构工作频率单一，中国专利cn111778781a公开了一种刚性连接的宽频带钢轨动力吸振装置，在钢轨左右两侧设置吸振器，至少可以控制两个及以上的振动频率。中国专利cn213328472u公开了多阶钢轨吸振器，通过将质量块与水平梁结合，调整质量块位置调节工作频率。中国专利cn201020257075.5公开了一种钢轨轨腰吸振器，在轨腰橡胶件内部嵌入三个金属质量块，且三个金属块质量不同，提高减振效果。
9、基于声子晶体理论的带隙减振结构：声子晶体结构为一种具有周期特征的结构，由于其周期特征使得振动在声子晶体中传播具有带隙效应，即特定频率范围内的振动无法在声子晶体中传递。
10、中国专利cn110528340a共开了一种声子晶体浮置板隔振器，通过将钢弹簧设计为具有周期特征的声子晶体结构，抑制浮置板振动向基底传递，实现减振。
11、中国专利cn218294321u公开了一种声子晶体型钢轨动力吸振器，其原理与动力吸振器类似，采用质量块和弹性层的配合实现减振，并通过设置不同高度的空隙钢柱增加减振频带。
12、中国专利cn111778783a提出一种内嵌声子晶体结构的动力吸振器，通过在轨腰一侧设置周期性分布的多层结构，再在外侧安装质量体，形成减振结构，但这种结构仍然是属于吸振器的设计。
13、既有的无砟轨道结构减振方法基于动力吸振、弹性隔振以及声子晶体带隙进行设计，但动力吸振器频带较窄，主要依靠调整质量块来改变频率；钢轨或浮置板下隔振方法又会导致钢轨或道床结构振动增强；基于声子晶体带隙的减振设计需要振动传递路径与结构周期布置方向吻合，且带隙宽度普遍较窄。为实现更宽频率范围内的减振效果，同时避免设置减振措施导致无砟轨道结构本身振动增大，需要研究新的减振设计方法。
14、因此，如何提供一种具有宽频减振效果的轨道减振系统及其设计方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种随机失谐型轨道减振系统及其设计方法，现有无砟轨道结构减振设计采用动力吸振器等技术方法存在控制频率单一且随安装条件、环境条件或服役时间减振效果降低的弊端。通过在无砟轨道结构中引入随机失谐系统，并与无砟轨道结构自身周期特征耦合，产生宽频减振带隙，实现宽频范围内无砟轨道振动噪声控制。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种随机失谐型轨道减振系统，其包括：
3、轨件，所述轨件成组间隔布置在轨道板上，所述轨件与轨道板之间布置有扣件系统；
4、减振单元，所述减振单元有多组，多组所述减振单元布置在所述轨件的内外两侧或者轨道板上，所述轨件同侧的多组减振单元对应轨件的纵向呈类周期性分布，所述轨件两侧的减振单元对称布置或者错位布置，所述减振单元的主频与轨道结构带隙频率接近，且减振单元振动模式与轨道结构振动模式相互耦合，使得减振单元共振结构与无砟轨道结构产生耦合效应，放大带隙范围。
5、本专利技术的有益效果是：本专利技术不会削弱轨道结构的整体性和强度，本专利技术方便安装，利用减振单元实现轨道结构的振动耗能，同时减振单元对应轨件的纵向呈现近似周期性分布特点，避免引入减振措施后产生新的共振频率，同时拓宽减振措施的振动控制频率范围。本专利技术是基于随机失谐设计理念并结合声子晶体带隙理论，将声子晶体弹性波带隙与无砟轨道结构自身带隙进行耦合，实现轨道结构振动控制，进一步设计减振结构的随机失谐参数，使得减振单元共振结构与无砟轨道结构产生耦合效应，抑制共振峰值并拓宽减振频段范围，实现振动效果的最大化。本专利技术打破既有轨道结构减振设计均采用周期布置的思路，提出适用于无砟轨道结构的随机失谐型减振系统设计方法，结合轨道结构自身的周期特征，在轨道结构中布置近似周期的失谐型减振单元，以拓宽减振频带，降低轨道结构自身振动，减少因振动导致的钢轨波磨、扣件弹条共振断裂等问题，同时减少轨道结构振动向外界的传递。
6、优选的，所述减振单元包括第一类减振单元和第二类减振单元，所述第一类减振单元布置在所述轨件上，所述第二类减振单元布置在所述轨道板上。
7、由此产生的技术效果是：本专利技术的减振单元实则有两种结构形式，第一种结构形式适合安装在轨件上，第二种结构形式适合安装在轨道板上，无论哪种结构形式均是实现轨道结构的振动控制，抑制共振峰值并拓宽减振频段范围。
8、优选的，所述第一类减振单元包括粘弹性体、约束层及散射体，所述粘弹性体固定在所述轨件的侧面，所述约束层固定在所述粘弹性体远离轨件的外侧，所述粘弹性体的内部设有多个槽腔，多个所述槽腔均贯通所述粘弹性体的两端，所述散射体有多组且分别安装在槽腔内。
9、由此产生的技术效果是：粘弹性体、约束层及散射体目的是附加在轨件上，从而产生共振效应吸收耗散轨件的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种随机失谐型轨道减振系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种随机失谐型轨道减振系统，其特征在于，所述减振单元(4)包括第一类减振单元(41)和第二类减振单元(42)，所述第一类减振单元(41)布置在所述轨件(1)上，所述第二类减振单元(42)布置在所述轨道板(3)上。
3.根据权利要求2所述的一种随机失谐型轨道减振系统，其特征在于，所述第一类减振单元(41)包括粘弹性体(411)、约束层(412)及散射体(413)，所述粘弹性体(411)固定在所述轨件(1)的侧面，所述约束层(412)固定在所述粘弹性体(411)远离轨件(1)的外侧，所述粘弹性体(411)的内部设有多个槽腔，多个所述槽腔均贯通所述粘弹性体(411)的两端，所述散射体(413)有多组且分别安装在槽腔内。
4.根据权利要求3所述的一种随机失谐型轨道减振系统，其特征在于，所述粘弹性体(411)在轴向上划分了多个子结构部，所述粘弹性体(411)的横截面上划分了第一半区和第二半区，所述第一半区靠近轨件(1)一侧，所述第二半区靠近所述约束层(412)一侧，所述第一半区内
5.根据权利要求4所述的一种随机失谐型轨道减振系统，其特征在于，所述轨件(1)同侧的至少两组减振单元(4)构成一个安装组，同一安装组内的减振单元通过第二散射体(4132)或者第六散射体(4136)串联，所述轨件(1)的一侧具有多个安装组，相邻安装组之间的第二散射体(4132)相互抵接。
6.根据权利要求2所述的一种随机失谐型轨道减振系统，其特征在于，所述第二类减振单元(42)包括框架结构(421)、弹性层(422)及质量体(423)，所述框架结构(421)为长条形结构且对应轨件(1)的长度方向固定在所述轨道板(3)上，所述框架结构(421)上并排布置有多个方格槽，所述质量体(423)固定在所述方格槽内，所述弹性层(422)布置在所述质量体(423)与方格槽的侧壁之间。
7.根据权利要求6所述的一种随机失谐型轨道减振系统，其特征在于，所述弹性层(422)、质量体(423)分别与轨道板(3)之间预留有10mm的振动缝隙。
8.根据权利要求6所述的一种随机失谐型轨道减振系统，其特征在于，同一排上多个方格槽内的质量体(423)大小尺寸不同，同一排对应的相邻方格槽内的质量体(423)质量满足线性变化规律，相邻排对应的方格槽内的质量体(423)质量相同或者不同。
9.一种如权利要求1-8任意一项所述的随机失谐型轨道减振系统的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的一种随机失谐型轨道减振系统的设计方法，其特征在于，所述步骤一中，基于声子晶体弹性波理论，计算无砟轨道结构自身弹性波带隙范围，获取弹性波带隙边界处的频率和振动模式；所述步骤二中，减振单元主频与轨道结构带隙频率接近，且减振单元振动模式与轨道结构显著振动模式相互耦合，使得附加局域共振结构与无砟轨道结构产生耦合效应，最大程度放大带隙范围；所述步骤五中，首先分析无砟轨道随机失谐减振系统的振动衰减域范围，评估减振范围，其次计算简谐荷载作用下轨道结构振动响应，评估结构中未出现明显的共振响应，最后建立车辆-轨道-随机失谐减振系统动力学耦合分析模型，通过轨道结构振动响应以及轨道板下结构振动响应预测随机失谐型减振系统的减振效果。
...【技术特征摘要】
1.一种随机失谐型轨道减振系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种随机失谐型轨道减振系统，其特征在于，所述减振单元(4)包括第一类减振单元(41)和第二类减振单元(42)，所述第一类减振单元(41)布置在所述轨件(1)上，所述第二类减振单元(42)布置在所述轨道板(3)上。
3.根据权利要求2所述的一种随机失谐型轨道减振系统，其特征在于，所述第一类减振单元(41)包括粘弹性体(411)、约束层(412)及散射体(413)，所述粘弹性体(411)固定在所述轨件(1)的侧面，所述约束层(412)固定在所述粘弹性体(411)远离轨件(1)的外侧，所述粘弹性体(411)的内部设有多个槽腔，多个所述槽腔均贯通所述粘弹性体(411)的两端，所述散射体(413)有多组且分别安装在槽腔内。
4.根据权利要求3所述的一种随机失谐型轨道减振系统，其特征在于，所述粘弹性体(411)在轴向上划分了多个子结构部，所述粘弹性体(411)的横截面上划分了第一半区和第二半区，所述第一半区靠近轨件(1)一侧，所述第二半区靠近所述约束层(412)一侧，所述第一半区内上下依次间隔至少设有第一槽腔(4111)、第二槽腔(4112)及第三槽腔(4113)，所述第二半区内由上至下依次间隔至少设有第四槽腔(4114)、第五槽腔(4115)及第六槽腔(4116)，所述散射体至少包含第一散射体(4131)、第二散射体(4132)、第三散射体(4133)、第四散射体(4134)、第五散射体(4135)及第六散射体(4136)且分别一一对应安装在第一槽腔(4111)、第二槽腔(4112)、第三槽腔(4113)、第四槽腔(4114)、第五槽腔(4115)及第六槽腔(4116)内，多个所述第二散射体(4132)及多个所述第六散射体(4136)将多个子结构部串联起来，所述第一散射体(4131)、第三散射体(4133)、第四散射体(4134)及第五散射体(4135)对应在子结构部内，相邻子结构部内的第一散射体(4131)、第三散射体(4133)、第四散射体(4134)、第五散射体(4135)在轴向上周期性间隔分布。
5.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：易强，王树国，李智恒，吴泽宇，王璞，赵磊，施成，高原，杨东升，任浩，赵振华，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所，
类型：发明
国别省市：
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